亚临界区圆柱绕流相干结构壁面模化混合RANS/LES模型

本文发展了一种具有壁面模化大涡模拟能力的雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)和大涡模拟(LES)方法的混合模型(简称WM-HRL模型),致力于对亚临界区雷诺数钝体绕流相干结构这类复杂流动现象进行高置信度的CFD解析模拟研究.该方法通过一个仅与当地网格空间分布尺寸有关的湍动能解析度指标参数rk即可实现从RANS到LES的无缝快速转换,并且RANS/LES混合转换区的边界位置及其各个分区(包括RANS区、LES区及RANS/LES混合转换区)对湍动能的解析能力均可通过两个指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则进行预先设定.通过对雷诺数Re=3900下圆柱绕流场的系列数值模拟研究,获得了能够高置信度解析并捕捉其绕流场中三维时空瞬态发展相干结构特性的湍动能解析度指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则的组合条件.研究表明,该WM-HRL模型不仅能够准确获取圆柱绕流场中剪切层小尺度K-H不稳定性结构的精细谱结构,而且在同一套网格系统下通过变化湍动能解析度指标参数nrk2-Q和nrk1-Q准则的组合条件,还可以精细解析圆柱绕流场中两类不同回流区的长度结构特征,及其对应的圆柱尾部近壁面处V和U形两个平均流向速度剖面的分支结构特性.

基于RANS/LES混合方法的箱梁气动导纳函数研究

为了研究RANS/LES(Reynolds-averaged navier-stokes/large eddy simulation)混合方法在桥梁非定常气动力的应用以及大积分尺度湍流中桥梁断面的气动导纳函数,首先选取3种典型的RANS/LES混合方法,即SBES(stress-blended eddy simulation)方法、SAS(scale-adaptive simulation)方法、WMLES(wall-modeled LES)方法,分别对3种方法的特点和适用性进行简要的概述,然后在均匀流中将其用于箱梁断面和分离式双箱梁断面气动力的计算,最后在提出的改进湍流合成方法基础上,实现了与实际桥位处积分尺度类似的大积分尺度湍流模拟,在此流场中识别了箱梁断面的气动导纳函数。数值计算结果表明,SBES方法适用于弱流动不稳定和强流动不稳定流场气动力的模拟,SAS方法仅适用于显著流动分离的断面,而WMLES方法对两种断面整体表现都较差。对于流线型箱梁断面,大积分尺度湍流场中识别的升力气动导纳在低频处大于Sears函数和小尺度湍流场中的结果,并显著大于节段模型风洞试验结果。在高频处大积分尺度湍流场的结果与小尺度湍流场以及风洞试验结果吻合较好。研究结果表明,将传统小尺度格栅湍流场风洞试验识别的气动导纳用于桥梁抖振分析时,会导致低频处的抖振力显著偏小。

超声速湍流流场的RANS/LES混合计算方法研究

采用对接/拼接网格技术,建立了基于分区混合和基于湍流尺度混合的双重RANS/LES混合计算模型,并对环翼低速绕流、翼型跨声速绕流和球锥带凹窗外形二维超声速绕流进行了初步的数值模拟。环翼和翼型绕流计算表明,该混合模型可给出较合理的湍流宏观平均量;球锥带凹窗外形二维超声速绕流计算表明,该混合模型可得到超声速瞬态湍流脉动流场,凹窗处存在复杂的旋涡结构和波系结构,呈现较大尺度的脉动。但该模型还需要进一步的考核验证。

从地下空间利用到地下空间整合城市——巴黎中心区Les Halles两次改造与启示

法国巴黎中心区——Les Halles(列·阿莱)区域近100多年来已经进行了四次大规模的拆除和重建,经历了从地面向地下,再从地下向地面/地下复合生长的过程。1970年代的改造实现了Les Halles作为城市中心区向地下发展,实现了与巴黎轨道交通枢纽站点的有效复合利用,但是其功能和空间与城市周边要素呈离散状态而饱受批评:2010年代的改造在保持了历史传统的同时,成功地扩大了中心区的容量,实现了通过地下空间整合城市。此过程中的教训与经验是值得研究与学习的。

基于RANS/LES模型的某飞机前襟封严板动载荷计算研究

某飞机前襟下偏后,气流会穿过前襟和翼盒之间的缝隙,从下翼面流向上翼面从而形成射流,造成封严板的支撑件疲劳破坏。RANS模型在湍流的核心区会得到较大湍流粘性,并将过多的动量变化计入雷诺应力项,得到的载荷波动量过小;而RANS/LES模型,在附面层内求解RANS方程,在分离区进行LES处理,得到的湍流粘性低,适合于动载荷的预测。本文以某飞机的前襟封严板的动载荷计算为例,对上述两种方法进行了对比并得出了结论。

基于LES方法圆柱绕流三维数值模拟

该文采用计算流体软件CFX5中Large-eddy simulation(LES)模型计算了均匀流场中三维圆柱绕流的水动力特性。使用有限体积法对三维N-S方程进行求解。数值模拟着重研究了高雷诺数时展向各截面的压力、阻力、升力及涡管特性。数值计算结果表明:展向各截面柱体受力关于中截面对称且小于二维情况,柱体周围流场呈现明显的三维特性。

采用RANS/LES混合方法研究分离流动

采用结合湍流模式和大涡模拟(LES)的混合方法数值模拟Aerospatial A-profile翼型以及细长椭球体大迎角分离流动。该类混合方法比较适于模拟分离流动:近壁区附体流动采用湍流模式,而远离物面分离区域内的大尺度运动则用LES方法。通过计算和实验结果的对比,混合方法切实可行并具有很大的发展潜力。

基于LES和BPBE的舰船气泡尾流数值分析方法

提出一种基于大涡模拟(LES)和气泡群平衡方程(BPBE)的舰船气泡尾流特征参数研究的数值分析法:首先建立舰船尾流场LES控制方程,结合实船初边始条件,对流向的速度进行数值模拟;然后再将LES计算得到的速度代入BPBE方程进行尾流中气泡数密度分布(BND)的求解。计算结果表明:BND沿尾流流向的分布基本符合指数分布,在500 m以内的区域衰减速度很快,500 m以外的区域衰减速度缓慢;在离船尾越近的地方,小气泡的相对BND越大;在3 000 m距离处BND最大的气泡尺寸约为70μm。该方法计算效率较高、占用空间较少,可望为舰船气泡尾流特征的研究提供新的有效手段。

基于LES方法的壁面旋转旋流分离器内流特性的研究

针对旋流器在井下油水分离的应用过程中,壁面随螺杆泵旋转这一问题,本文基于大涡模拟(LES)方法对壁面旋转旋流分离器内部流场进行数值模拟,并通过LDV测试结果验证了模型的可靠性,得到了壁面旋转旋流分离器内部流场的分布规律。结果表明,正转时,外涡流区的切向速度逐渐增加,内涡流区切向速度增加不明显,轴向速度的变化梯度增大,反转时,影响趋势则正好相反。且旋转效应对不同轴向位置截面的影响并不相同,轴向速度有较明显的差异。

不同RANS/LES混合模型的汽车气动噪声分析

采用Fluent UDF构造Realizable k-ε/LES、SST k-ε/LES和Spalart-Allmaras/LES 3种RANS/LES混合模型,并对汽车的气动噪声进行数值模拟。在近壁面采用RANS湍流模型求解,而远离物面的分离区域内的大尺度运动则用LES求解,将3种混合模型的计算结果与全LES湍流模型和风洞试验结果进行了比较。结果表明,3种混合模型对气动噪声的计算精度高于LES湍流模型;Realizable k-ε/LES和SST k-ε/LES混合模型数值模拟结果与试验值的相对误差均小于5%,而其中Realizable k-ε/LES混合模型更为准确和高效,消耗的计算资源更少。

联合RANS/LES方法数值模拟方柱绕流

在粗细两套网格上,采用联合RANS/LES数值模拟Re=2.2×104的非定常方柱绕流经典算例.以标准的k-ε模型为基础,采用两种亚格子湍流模化方法,分别为PRNS(partially resolved numerical simulation)和DES(detached eddy simulation).PRNS模型与计算网格无显式关联,而DES与网格有一定关联.计算结果表明,联合RANS/LES方法即使在较粗的网格上也能得到较好的结果,DES方法预测到了二维模拟中的"双周期"现象,整体表现优于PRNS方法;亚尺度湍流模化中与计算网格的关联程度对结果有较大影响.

基于混合LES/RANS方法的引水隧洞施工通风数值模拟

为了获取准确的水电工程引水隧洞施工通风瞬态流场信息并且提高计算效率,基于Realizable k-ε两方程湍流模型建立引水隧洞施工通风三维非稳态混合LES/RANS模型,并结合某引水隧洞施工通风过程进行数值模拟,借助现场实测风速数据对数值模拟结果进行验证,同时将混合LES/RANS模型的模拟结果与RANS模型和LES模型的模拟结果进行对比。结果表明:混合LES/RANS数值模拟结果与现场实测数据较为吻合,其平均相对误差仅为4. 9%。混合LES/RANS方法仅需1 163 996个计算网格即可获得准确的瞬态风流场扩散规律,而LES方法所需网格数量近似为前者的2倍。混合LES/RANS方法可以为水电工程引水隧洞的施工通风数值模拟研究提供重要的理论与技术支撑。

基于大涡模拟(LES)的格架外条带区域压力和速度瞬态特性研究

分别运用雷诺平均模拟(RANS)方法和大涡模拟(LES)方法对燃料组件格架外条带区域的流场和压力场进行瞬态求解。分析发现:采用2种方法所计算出的速度分布大体一致,但是RANS方法不能捕捉到速度和压力的瞬态变化特性,而LES方法能够有效观察到流场的瞬态特性。通过2种方法的对比,可发现部分局部区域计算结果有较大差异。LES计算结果呈现出计算域内明显的压力波动,频谱分析发现格架不同区域具有不同的压力波动特性。

复杂湍流流动的混合RANS/LES方法研究

混合RANS/LES方法是近年来复杂湍流模拟的重要方法。简要回顾了混合RANS/LES模拟方法的发展历程,着重总结和分析了分离涡混合模型、类Menter SST混合模型以及湍流能量谱一致混合方法三类混合模型的构造方法和发展历程,对这三种方法的应用以及优缺点进行了简要评述,最后指出了混合RANS/LES方法发展应该兼顾的问题,为下一步的混合RANS/LES模拟提供了参考。

耦合RANS/LES模型与LEE方程的气动噪声混合预测方法

耦合湍流速度生成模型与线化欧拉方程,建立了气动噪声混合预测方法。该混合方法的湍流速度生成采用了非定常求解NS方程方式,为声传播方程提供了可靠的源项。声源的传播计算选用线化欧拉方程,其时空离散采用低色散低耗散高阶格式,远场边界选用了无分裂形式的理想匹配层边界条件。流场网格与声场网格的湍流速度信息交换采用了高阶插值算法。针对空腔标模M219的气动噪声预测,分别采用了统计声源与声传播(SNGR)方法、RANS/LES+LEE方法进行了计算分析。通过对比声源的分布、量级,以及监测点的声压曲线及声压级频谱曲线,分析可得出:RANS/LES+LEE方法能准确捕捉空腔各阶模态的声压级峰值。经数值模拟结果与实验结果的对比,表明RANS/LES+LEE方法相比于SNGR方法更适合模拟空腔这类流激振荡现象引起的声传播问题。

用RANS/LES混合方法研究超声速底部流动

在剪切应力输运和弱非线性k-ω模式中引入压缩性修正,并在此基础上构造RANS/LES混合方法,对包含丰富流动结构和复杂流动机理的导弹类超声速底部流场进行数值分析,发现压缩性修正可更好地描述流场特征,适于具有较强压缩性效应流动的数值分析;混合方法捕捉到丰富的流动现象及非定常特性.

基于LES方法圆柱绕流三维数值模拟(英文)

采用计算流体软件CFX5中large-eddy simulation(LES)模型计算了均匀流场中三维圆柱绕流的水动力特性.使用有限体积法对三维N-S方程进行求解.数值模拟着重研究了高雷诺数时展向各截面的压力、阻力、升力及涡管特性.数值计算结果表明:展向各截面柱体受力关于中截面对称且小于二维情况,柱体周围流场呈现明显的三维特性.

嵌入式RANS/LES混合方法在槽道流动数值模拟中的应用

与传统整体式RANS/LES混合方法相比,嵌入式RANS/LES混合方法不再依靠改进后的湍流模型本身或网格疏密自动划分流场中的RANS区域和LES区域,而是通过对流动现象的预估,人为将LES区域嵌入到RANS区域,从而使RANS区过渡到LES区的交界面尽可能与流向垂直,方便合理附加额外的湍流脉动信息。这样做不但确保了LES在某些复杂流动区域彻底支配地位,更重要的是能够避免RANS区对LES区解析湍流发展的污染和抑制。将槽道流场划分为上游RANS区和下游LES区,在经典的SST-DES模型基础上,采用合成涡方法生成交界面的湍流信息,取得了良好的模拟结果。

用LES方法对斜拉桥斜拉索风雨振的机理的研究

在特定的风雨条件下,斜拉桥的斜拉索会发生激烈的风雨振现象。这种振动会造成索-梁和索-塔锚固区结构的疲劳损伤等一系列问题,因此,研究并明确斜拉索风雨振的机理,从而找到这种振动的控制方法,已经成为紧迫的研究课题。该文从流场分析入手,利用数值分析的Large-eddy simulation方法,研究了索面存在水线的情况下水线位置不同时流场分布的变化和卡尔曼涡强度的变化,提出水线后侧"小涡"的脱落是影响卡尔曼涡强度的原因。在风速高于卡尔曼涡致振动风速的条件下,当卡尔曼涡受到小涡影响变得足够弱时,索容易发生振动。

二维激波/湍流边界层干扰的混合LES/RANS模拟

为了降低高雷诺数条件下大涡模拟方法的计算量,将两方程k-ωSST湍流模型与Yoshizawa一方程亚格子模型通过一个衔接函数相结合,构造一种混合大涡/雷诺平均NS方程模拟方法(混合LES/RANS)。使用这种方法及AUSM+-up格式对20°压缩斜坡的马赫2.85流动进行模拟,并考察了固定入口和在入口添加白噪声两种湍流入口边界条件对于结果的影响。模拟结果再现了边界层的分离、再附以及分离激波等现象,计算得到的分离区要显著大于试验结果,对于这种混合模拟方法的缺点进行了分析,并提出了可能的改进方法。